Электрическая машина

 

О П И С А Н И Е (ц(748707

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социвпистичесиих

Респттбл их (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3 « е < 08.06.78(2) ) 2625594/24-07 с присоединением заявки ¹, {51) М. Кл.

Н 02 К 41/02

Тееударстввнный комитет (23) Приоритет

Опубликовано 15.07.80. Бюллетень №26

Дата опубликования описания 17 07,80 (53) УЛК 621.314..04(088.8) ло делам изобретений и открытий (72) А втор изобретения

Jj,. В, Свечарник (7I) Заявитель (54) ЗЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Изобретение относится к электромашиностроению, а в частности к электрическим машинам, обеспечивающим два независимых вида движения.

Известна электрическая машина, у ко5 торой полюса статора и ротора снабжены винтовой нарезкой, обеспечивающей винтовое движение ротора при неподвижно закрепленном статоре jl), Эта машина тте позволяет получать два независимых вида движения, например быстрое вращение ротора в одной плоскости и медленное вращение статора в плоскости, перпендикулярной первой.

Известна также электрическая машина,, например асинхронная, содержащая статор, на рабочих поверхностях которого выполнены винтовые нарезки, и снабженный подшипниками ротор, ось которого перпендикулярна оси вращения статора, а на рабочих поверхностях его имеются винтовые нарезки (j

У этой машины на быстро вращающемся роторе имеется обмотка и соответствентт

2 коллектор или кольца, что снижает ее надежность и повышает ее стоимость, Вы-, зывает также определенные трудиости выполнение на основе этого наиболее простой модификации электрической машины — асинхронного типа.

Цель изобретения — повышение надежности и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что ротор выполнен в виде полого цилиндра, состоящего из несвязанных между собой продольных зубцов, между которыми размещены электропроводящие стержни, соединенные по торцам цилиндра электропроводящими кольцами, а в полости ротора размещен неподвижный индуктор с обмотками.

На фиг. 1 изображена машина с одним снятым полюсом, общий вид; на фиг. 2— разрез А-А на фиг. 1 (при наличии обоих полюсов на статоре); на фиг. 3 — машина при снятых полюсах статора, продольный разрез; на фиг. 4 — полый цилиндр рого3 74870 ра без стержней и замыкающих торцовых колец.

Электрическая машина содержит полюса l и 2 статора (понятие статор" здесь, как и у известной машины двойного движения, условно — эта часть машины также движется, но относительно медленно), прикрепленные к ободу колеса 3, установленного на валу 4, вращающегося в подшипниках 5. На внутренней поверх- 10 ности полюсов 1 и 2 нанесена винтовая .нарезка 6. На валу 7, неподвижно закрепленном в стойках 8 и 9, укреплена внутренняя неподвижная часть машины

10, в пазах которой уложена внутренняя is неподвижная часть машины 10, в пазах которой уложена обмотка 11, связанная через токоподводы 12, проходящие внутри вала 7 и вдоль стойки 9, с клеммами 13, Ha обоих концах вала 7 внутри 20 пространства, ограниченного стойками . 8 и 9, установлены опорно-осевые подшипники 14 и 15, на наружные обоймы которых насажен полый цилиндрический ротор

16, состоящий из магнитно не связанных 25 между собой зубцов 17 (сплошных или набранных из магнитопроводяших листов), на наружной поверхности которых выполнена винтовая нарезка 18, аналогичная нарезке 6 на полюсах 1 и 2, и 30 токопроводяших стержней 19, уложенных (например, залитых) в пространстве между зубцами 17 (в "пазах" ротора 16) и замкнутых с обоих торцов ротора 16 токопроводящими кольцами 20 и 21. Bit — 35 полнение ротора 16 легко осуществить, например, установив в соответствующий кокиль магнитопроводящие зубцы 17 с наружной винтовой нарезкой 18 и залив кокиль токопроводящим материалом с 40 внутренним и наружным припусками и последующей проточкой по обеим поверхЙостям ротора 16.

При выполнении наиболее простой модификации предлагаемой машины — асин45 хронной,полюса 1 и 2 выполняют роль спинки вторичной машины. При подаче многофаэного напряжения к клеммам 13 токи в обмотке 11 создадут вращающийся магнитный поток, проходящий по пути (штрих-пунктир на фиг, 2); внутренняя неподвижная часть машины 10, внутренний воздушный зазор, зубцы 17 полого цилиндрического ротора 16, их выступы винтовой нарезки 18, внешний воздушныи

5S зазор, выступы винтовой нарезки 6 полюса (например, полюса 1), спинка полюса

1, спинка полюса 2, снова выступы вин7 ф товой нарезки 6 полюса 2, снова внешний воздушный зазор, выступы винтовой нарезки 18, зубцы 17 ротора 16, снова внутренний воздушный зазор и, замыкая путь, снова внутренняя неподвижная часть машины 10. Взаимодействие вращающегося потока, создаваемого обмоткой

11 с токами. в короткозамкнутой клетке, образуемой стержнями 19 и замыкающими кольцами 20 и 21, приводит во вращение ротор 16. При этом возникает изменение магнитной энергии ц во внешнем воздушном зазоре между выступами винтовых нарезок 18 (ротора 16) и 6 (полюсов 1 и 2) и появляется касательное усилие, пропорциональноеol

CRQ где Q — относительное смещение упомянутых выступов. Но ротор 16 вдоль своей оси перемещаться не может из-за наличия опорно-осевых подшипников 14 и 15, под воздействием указанного касательного усилия начинают перемешаться полюса 1 и 2 и поворачивать колесо 3 вместе с рабочим валом 4 в подшипниках 5 с моментом, примерно равным моменту, возникающему на внутренней поверхности ротора 16, умноженному на произведение отношения длины окружности поверхности ротора 16 к шагу винтовой нарезки 18 (6), и отношения радиуса колеса 3 к радиусу ротора 16— это пройэведение может достигать весьма значительной величины. При необходимости можно установить вокруг колеса 3 несколько роторов 16 с внутренними неподвижными частями 10 и получить требуемый момент в заданном габарите, Аналогично могут быть выполнены модификации машины двойного движения с промежуточным ротором синхронного и автосинхронного (постоянного тока) типов. В этом случае колесо с прикрепленными полюсами практически остается таким же, внутренний статор — также, но полый цилиндр ротора выполняется из магнитно-разделенных полюсов, на наружной поверхности которых нарезается винтовая нарезка. Полюсы возбуждаются размещенными на них обмотками— тогда ток возбуждения к этим обмоткам подается с помощью двух колец и щеток, либо через кольцевой трансформатор сельсинного типа (при установке на роторе вращающихся выпрямительных элементов), либо, предпочтительней, поток возбуждения подводится к этим полюсам от неподвижных обмоток возбуждения аналогично, например, системе подачи пото7487

5 ка в бесконтактном сельсине. Для синхронной машины вывод обмотки внутреннего статора к клеммной коробке производится совершенно аналогично разобранному выше для асинхронной машины; для автосинхронной (постоянного тока) машины отличие состоит только в том, что на клеммную коробку выводятся все коммутируемые секции якоря и на валу внутреннего статора устанавливается датчик поло-10 жения, управляемый коммутатором, переключающим секции якорной обмотки в функции их положения относительно полюсов ротора. Если при этом установить на якоре так называемую двухфункциональную об- 15 мотку, у которой коммутатор подключает секции, в данный момент находящиеся против полюсов, к якорной цепи, а секции, находящиеся в межполюсном прост- . ранстве, к цепи, возбуждения, то отпада- 2О ет необходимость в установлении обмотки возбуждения на роторе или подведении к его полюсам потока извне.

Преимущества введения промежуточного ротора представляются существенны- 25 ми и в этом случае, Используются традиционные для электромашиностроения основные узлы фазный ротор асинхронной машины или ротор машины постоянного тока с якорной Зо обмоткой, но без коллектора (возможно и использование кольца на роторе и щетки без полупроводниковых коммутаторов и датчиков положения, но надежность такого решения ниже).

Для синхронной машины снимаются затруднения, которые могло вызвать применение колец и щеток в якорной цепиособенно для высоковольтных машин. В модификации с промежуточным ротором 40 не только сохраняются все достоинства прямого выхода якорных обмоток во внешнюю цепь, но и возникает дополнительная возможность при наличии значительногО количествараздельных якорей у од- 45 ного агрегата включать из обмотки по желанию, например, последовательно, с целью повышения общего напряжения.

Для автосинхронной (постоянного тока) машины введение промежуточного ротора 5О и выполнение якоря неподвижным создает возможность выполнения машины бесколлекторной, что весьма затруднительно

07 6 при вращающемся якоре по ранее разоб- i раиной модификации. Идентичность выполнения полюсов, расположенных на колесе, для всех раз бранных типов машин позволяет осуществить и комбинировать привод - часть промежуточных роторов у одного и того же колеса обеспечивает асинхронный режим, часть — синхронный, и, возможно, часть - режим привода постоянного тока, rr может быть и "надсинхронный или обеспечивающий необходимый диапазон регулирования. Возможен и промежуточный ротор с пусковой обмоткой, например при расположении в межполюсном пространстве " синхронного ротора зубцов и корот козамкнутой клетки.

Экономический эффект от выполнения тихоходного безредукторного привода на базе предложенного изобретения должен составить весьма существенную сумму, если учесть распространенность таких приводов и снижение металлоемкости, массы активных материалов, а также резкое повышение надежности в эксплуатации.

Формула изобретения

Электрическая машина, найример асинхронная, содержащая статор, на рабочих поверхностях которого выполнены винтовые нарезки, и снабженный подшипниками ротор, ось которого перпендикулярна оси вращения статора, а на рабочих поверхностях его имеются винтовые нарезки, отличающаяся тем,что,с целью повышения надежности и упрощения конструкции, ротор выполнен в виде полого цилиндра, состоящего из несвязанных между собой продольных зубьев, между которыми размещены электропроводящие стержни, соединенные по торцам цилиндра электропроводяшими кольцами, а в полости ротора размещен неподвижный индуктор с обмотками.

Исто ники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии М 20969, кл. 55 A 442, 1971.

2. Авторское свидетельст во СССР по заявке Мо 2455951/24-07, 23.02.77,